机运设备与调心滚子轴承的结合优化

柳伟 曲茂绪 何凤麟

摘  要：通过对机运设备现场损坏的研究，阐述了机运设备轴承安装、运行、使用方案，介绍了通过优化轴承及安装结构来提高设备的使用寿命。

关键词：调心滚子轴承;外球面球轴承;双链;带式升降机;剪式升降机

中图分类号：TH133.33   文獻标识码：A

0 引言

机运设备是多用于搬移、升降、短距离输送物料的机械设备。例如整车生产线的主要设备：悬摆链、喷房双链、带式升降机、剪式升降机等。

机运设备的优点结构简单牢固，作业稳定，易于维修保养，操作灵活方便，安全可靠，能最大程度地发挥其工作能力。缺点：故障频繁，极大的影响设备开动率，影响产能。为减少机运设备故障率，可以对一些重要机运设备进行优化改进。

1 轴承简介

轴承的功用是支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度，减少轴与支承之间的摩擦和磨损来保证现场设备的正常运转。根据轴承的接触、摩擦性质来分类，分为滑动轴承和滚动轴承。（本文不分析滑动摩擦轴承）

滚动轴承的结构有外圈、内圈、滚动体及保持架组合而成。内圈与工作轴径装配，外圈与工作机座或配合工作零件的轴承内孔装配。一般工作情况下，外圈不动，内圈与轴一起转动。当内圈相对于外圈旋转时，滚动体沿着滚道滚动。保持架的作用是使滚动体在滚道上均匀的分布，以减少或避免滚动体相互之间的磨损、碰撞。

滚动轴承是通用零件，也是机械、运输设备上最常见的必不可少的零部件之一，轴承自身性能与工作场地环境的好坏直接影响到与之配合零部件乃至整台机器设备的性能。根据相关数据的分析，在机械、运输设备上中，约有30%及以上的故障是由轴承因素引起的。因此，轴承零件的结构、型号及其功能的选用极为重要，对于设备维修成本的降低，设备保养维修周期的延长，工厂降本增效，设备能够长期的安全的稳定的工作和运行，均起到关键性的作用。

2 外球面球轴承

外球面球轴承就是球轴承的一种，内部滚动体、保持架与滚动轴承基本一致，轴承的外圈结构稍有变化（如图1所示）。

外球面球轴承的外圈外表面为外凸圆弧形结构，与之相配合的轴承座内表面为凹球面圆弧形结构，这样轴承与轴承座安装后可以形成任意方向一定角度的夹角，轴承就具备了调心功能。从而达到补偿其它机械零部件的制造精度而带来的影响。

该轴承按照与轴的安装方式来分为三大类：（1）带顶丝外球面球轴承;（2）带锥度外球面球轴承;（3）带偏心套外球面球轴承。

这种结构的带偏心套外球面球轴承被广泛的应用到机运设备的喷房双链、移行机、链式移行机、升降滚床、剪式升降机、带式升降机的驱动轴承。

带座外球面球轴承的内孔，采用“+”公差，就是内加外减，及轴承的内圈与轴颈采用间隙配合（对紧定套例外），通过内圈上一侧的顶丝、偏心套或紧定套，把轴承固定在轴上，大大降低了轴承的更换时间，还降低了对轴的加工精度要求。与其它轴承安装相比，价格低廉、自动调心、快速拆装，特别适用于对停机要求严格的自动化流水线制作精度不高的非标设备。对于现场维护人员来说，不需要特别高的技能，简单培训就能上岗。

滚动轴承的疲劳寿命，可以利用下列计算公式求出：

3 双列调心滚子轴承

双列调心滚子轴承是在有二条滚道的内圈和滚道为球面的外圈之间，组装着鼓形滚子的轴承（如图2所示）。

调心滚子轴承是外圈的内表面与内圈的外表面之间有两列滚道，外圈内表面、内圈的外表面的滚道为球面，滚动体由球形改为鼓形的轴承。外圈球面中心与轴承中心一致，这样轴承的内圈与外圈就可以形成任意方向一定角度的夹角，轴承就具备了调心功能。这样轴承就具备了调心功能，从而补偿机械零部件之间的制造和安装误差。

双列调心滚子轴承由于滚动体由球形改为鼓形和采用两条滚道，这样就增加了滚动体的接触面积，由球轴承的线接触变成现在的面接触，故而轴承的承载力成倍增加，该轴承主要承受径向载荷，同时也能承受任一方向的轴向载荷。有高的径向载荷能力，特别适用于重载或冲击载荷下工作，但不能承受纯轴向载荷。

滚动轴承的疲劳寿命，可以利用下列计算公式求出。

4 外球面球轴承使用状态跟踪

据实际跟踪统计，某生产车间机运设备带式升降机、剪式升降机、喷房双链重载机运设备均采用外球面球轴承。现场设备驱动轴承损坏频繁。（如表1图3所示）

5 双列调心滚子轴承使用状态跟踪

该双列调心滚子轴承可以承受径向重负荷和冲击负荷，也能承受一定的双向轴向负荷。根据设备结构及工作原理，自行设计符合选型轴承的轴承座。提高定位精度的同时增加稳固性。（如表2，图4所示）

相同轴颈的情况下，双列调心滚子轴承的基本额定动载荷C是外球面球轴承的5倍以上。（如表3所示）

计算公式中使用的代号及其含义 ：依据常规材料和加工量的额定系数

注：滚子长度中央直径，圆锥滚子轴承采用假定滚子大小端均未倒角的直径算数平均值，在非对秤凸面滚子中，采用滚子与无挡边辊道（通常指外圆）之间的空载接点时，则取滚子直径的近似值计算。

备考：球轴承的计算公式为D在D>25.4mm时，为3.647 D

6 效益分析

机运设备，多为生产车间的重点瓶颈设备，发生故障会严重影响生产节拍，更为严重的故障会导致在线产品报废。机运设备轴承及机构优化后，将提高设备运行的稳定性，降低相关风险和设备停机率。

滚动轴承的疲劳寿命，可以利用下列计算公式求出。

这项机运设备与调心滚子轴承的结合优化，不仅对采购升降机的标准有所参考，并且已经被部分的生产厂商借鉴参考为标准设计。

7 结语

外球面球轴承虽然它的基本性能与深沟球轴承结构相似的，但是由于这种轴承大都应用在制作、安装、使用精度不高及需要低载荷、快速拆装、成本低廉的机械中。而双列调心滚子轴承可以承受径向重载荷和冲击负荷，也能承受一定的双向轴向负荷， 完全满足机运设备带式升降机、剪式升降机、喷房双链重载机运设备的使用，提高了设备运行稳定性，降低设备停机时间，节约人力成本均有现实意义。

备注：本文由“烟台市产业领军人才专项经费资助”完成。

收稿日期：2021-07-15

作者简介：柳伟（1979—），男，山东烟台人，本科，高级技师，研究方向：机械工程。